Metainterface Heterostructure Enhances Sonodynamic Therapy for Disrupting Secondary Biofilms

声动力疗法 生物膜 材料科学 纳米技术 异质结 医学 光动力疗法 化学 光电子学 生物 细菌 有机化学 遗传学
作者
Shiwei Guan,Wenying Xu,Ji Tan,Xianming Zhang,Xingdan Liu,Lidan Liu,Qian Shi,Zhiyu Hou,Hongqin Zhu,Jiajun Qiu,Kwk Yeung,Yuanyi Zheng,Xuanyong Liu,Xuanyong Liu,Xuanyong Liu
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:18 (23): 15114-15129 被引量:18
标识
DOI:10.1021/acsnano.4c02605
摘要

Implant-related secondary infections are a challenging clinical problem. Sonodynamic therapy (SDT) strategies are promising for secondary biofilm infections by nonsurgical therapy. However, the inefficiency of SDT in existing acoustic sensitization systems limits its application. Therefore, we take inspiration from popular metamaterials and propose the design idea of a metainterface heterostructure to improve SDT efficiency. The metainterfacial heterostructure is defined as a periodic arrangement of heterointerface monoclonal cells that amplify the intrinsic properties of the heterointerface. Herein, we develop a TiO2/Ti2O3/vertical graphene metainterface heterostructure film on titanium implants. This metainterface heterostructure exhibits extraordinary sonodynamic and acoustic-to-thermal conversion effects under low-intensity ultrasound. The modulation mechanisms of the metainterface for electron accumulation and separation are revealed. The synergistic sonodynamic/mild sonothermal therapy disrupts biofilm infections (antibacterial rates: 99.99% for Staphylococcus aureus, 99.54% for Escherichia coli), and the osseointegration ability of implants is significantly improved in in vivo tests. Such a metainterface heterostructure film lays the foundation for the metainterface of manipulating electron transport to enhance the catalytic performance and holding promise for addressing secondary biofilm infections.
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